基于關鍵鏈技術（CCM）的船舶設計項目管理模型

蘇凌茹 張楠 左小德

摘? ? 要：本文依據關鍵鏈技術（CCM），對船舶設計項目進度計劃與控制進行優化。通過介紹船舶設計模式、流程和進度計劃體系，對船舶設計項目的特點和主要問題進行歸納，提出了CCM在船舶設計領域運用的關鍵點;結合對船舶設計項目進度管理的需求分析，建立了基于CCM的船舶設計項目進度管理模型;并結合船舶設計工作的實際需求，提出了關鍵鏈識別、緩沖區設置、緩沖區管理的具體方法;通過實例驗證了模型設計的有效性和CCM在船舶設計項目管理中的優勢，豐富了船舶設計項目管理理論體系，為具有類似特點的項目進度管理提供一定參考。

關鍵詞：項目進度管理;關鍵鏈技術;船舶設計

中圖分類號：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Based on the critical chain method （CCM）， the ship design project scheduling and control optimization model is established. By introducing the ship design mode， process and schedule planning system， the characteristics and main problems of the ship design project are summarized， the key points of CCM application in ship design field are put forward， and the ship design project scheduling management model based on CCM is established in combination with the demand analysis of ship design project scheduling management. Combined with the actual needs of ship design， the specific methods of key chain identification and buffer zone setting are proposed. The effectiveness of the model design and the advantages of CCM in ship design project management are verified by an example， which enriches the theoretical system of ship design project management and provides some references for project scheduling management with similar characteristics.

Key words： Project scheduling management; CCM; Ship design

1? ? ?引言

船舶設計是船舶配套和船舶制造的主要依據。國內大型船舶企業為了提升企業競爭力，正大力發展船舶設計的數字化、信息化，提升設計效率和管理水平。目前，我國船舶制造企業中先進的項目管理理念和技術還比較薄弱，憑經驗策劃的現象還普遍存在。在落后的進度管理現狀與市場需求產生矛盾的關鍵時期，通過運用現代化的項目管理理論和技術，引導企業的產品開發設計向規范有序的管理方向發展，是船舶企業應著重考慮的問題之一。

2? ? CCM的基本概念和相關研究

2.1? CCM的基本思想

CCM是由Goldratt的約束理論發展而來，是一種根據有限的資源來調整項目進度計劃的網絡分析技術。其基本思想是：根據持續時間估算和給定的依賴關系及制約因素，繪制項目進度網絡圖;計算關鍵路徑;在確定了關鍵路徑之后，再考慮資源的可用性，制定出資源約束型進度計劃，該計劃中的關鍵路徑通常與原先的不同，資源約束型關鍵路徑就是關鍵鏈;CCM在網絡圖中增加作為非工作進度活動的持續時間緩沖，用來應對不確定性;CCM的關注重點是如何管理剩余的緩沖持續時間與剩余的任務鏈持續時間之間的匹配關系。

2.2? ?CCM的管理優勢

CCM的目標是整個項目最佳，而不是單個任務的最優。在項目進度的早期階段，就注意到資源沖突的平衡，避免由于資源沖突而使原來的計劃不能按期完成;50%完工概率的工期估算雖然比較激進，但是能夠消減項目執行者對于安全工期的浪費;對緩沖區的設置，將分散的安全工期相對集中后有目的的進行整體安排，消除不確定因素對項目工期的影響。

2.3? ?CCM的相關研究

1997年，Goldratt出版了《關鍵鏈》一書，書中提出：項目中的制約因素影響項目的整體進度，并用“關鍵鏈”一詞來表示一系列制約因素在最長一條工序中的爭奪資源而引起的相互依存的關系;此后，引起了國內外學者廣泛關注，如：Newbold R提出了用根方差法設置緩沖區大小[3];周正龍等通過分析管理信息系統研發特點，建立了關鍵鏈識別模型，并通過算例分析驗證了模型的適用性[10];褚春超提出了項目資源緊張度、網絡圖結構復雜度、管理者風險偏好等因素對緩沖區大小的影響[5];徐小琴等將匯入緩沖區的設置，劃分為匯入位置和匯入緩沖區大小的確定[12];單泊源等分析了緩沖區管理的缺陷，將緩沖突破分為三層，并提出緩沖突破與行動決策的矩陣圖[7];王肖文等在關鍵鏈的緩沖管理中，加入了風險矩陣的相關理論思想，建立了緩沖區進度控制的等級矩陣法[13]。

CCM的應用步驟為：關鍵鏈識別——緩沖區設置——緩沖區管理。關鍵鏈識別：根據工作分解結構（WBS）和各活動之間的工序邏輯關系，繪制項目初始網絡計劃圖;緩沖區設置主要分為三類：項目緩沖（PB）、匯入緩沖（FB）及資源緩沖（RB）;緩沖區管理運用較多的，是Goldratt提出的三色區管理法。

3? ? ?基于CCM的船舶設計項目進度管理模型

3.1? ?模型建立

結合船舶設計項目的工作流程和現有的進度管理、手段，將進度管理流程與CCM應用的各個步驟有效結合起來，建立了基于CCM的船舶設計項目進度管理模型，探討更為合理的船舶設計項目進度管理手段，如圖1所示。

3.2? ?CCM應用

3.2.1? CCM識別

在設計項目合同生效后，根據船東與研發部門簽訂的技術規格書內容、專業分工和設計流程，對設計任務的工序進行梳理，形成初步網絡圖;再按照50%的完工概率，對各個階段的設計任務進行工期預估，結合各設計任務之間的工序關系和資源約束情況對初始網絡圖進行調整，并通過各活動最早開工時間和最晚開工時間的計算，求得各排列關鍵鏈和緩沖區，最終篩選出最合理的關鍵鏈為最終關鍵鏈，并確定非關鍵鏈匯入點。

3.2.2? 緩沖區設置方法

（1）緩沖區設置方法

緩沖區大小的設置方法，由Goldratt法、剪切-粘貼法發展到根方差法。有學者使用了非關鍵鏈修正系數γ，即非關鍵鏈工期總和與上關鍵鏈工期總和之比，對傳統的根方差法進行改進。按照船舶設計項目不同區域并行設計的特點，為消除并行工序的非關鍵鏈引起PB偏大或偏小的極端情況，筆者在修正系數γ的處理上加入維度的修正，減弱并行設計影響的修正，此時PB的計算公式為：

式中：Di為關鍵鏈上每個設計活動原始估算工期;dj為關鍵鏈上以50%完工率進行估計的工期;V和I分別為關鍵鏈和非關鍵鏈上的每個設計活動;J為關鍵鏈上的每個設計活動;γ為非關鍵鏈修正系數;ΣiεuTi為非關鍵鏈上活動工期的總和;ΣjεVTj為關鍵鏈上活動工期的總和;N為并行設計的區域劃分的數量。

（2）匯入緩沖設置方法

匯入點：由于匯入緩沖是考慮非關鍵鏈上的活動對于關鍵鏈上活動產生的影響，因此以最晚開工時間為參照。若關鍵鏈上某活動的最晚開始時間剛好等于非關鍵鏈上的某活動的結束時間，且后者是前者的緊后活動或資源緊后活動，則兩者的結束與開始之間的位置為該項目進度計劃中的非關鍵鏈匯入點;

匯入緩沖大?。阂罁椖刻攸c，將設計難度、變更風險等因素與關鍵鏈匯入點相結合，討論緩沖區大小的計算方法。設置匯入緩沖系數α、工序系數β、變更因子δ。其中：δ的取值依據設計難度和專業交叉的復雜程度;設計變更風險等由專家組研討得出。

用m表示設計活動所在非關鍵鏈的緊前任務的數量、w表示非關鍵鏈上的設計項目活動的總數，則工序系數β按下式計算：

（3）資源緩沖設置方法

Goldratt在《突破項目管理的瓶頸：關鍵鏈》一文中提出：資源緩沖的實質就是一種預警機制[2]。船舶設計項目中的關鍵資源以各專業的設計人員為主，在使用關鍵資源的設計活動前加入資源緩沖，使項目管理人員對該區域進行管理時，能合理的提前確認關鍵資源的到位情況。而由于設計階段的差異，不同階段的設計人員資源需求不同，緩沖設置方法也有所不同。

3.2.3緩沖區管理

（1）緩沖和匯入緩沖管理

項目的緩沖區管理可以借鑒Goldratt的三色緩沖區管理方法，將緩沖區的消耗百分比與項目關鍵鏈的完成情況相結合，對設計活動的緩沖區消耗情況進行監控;并根據完成階段和進度，將整個緩沖區域劃分為紅、黃、綠三種顏色區域進行管理，如圖2所示;不同顏色區域釆取不同的措施。比如：綠色“安全期”保持觀望;黃色“警示區”采取適當措施;紅色“危險區”調整計劃。

設計過程中出現嚴重超期情況一般是發生在新船型的設計項目中，特別是設計過程中產生的大量修改。這時，應根據實際情況與生產部門協商修改建造計劃;若是船東單方面的修改，可與船東討論項目延期;若時間上不能調整，則需要安排加班或者增加設計人員等措施保證設計進度。

（2）資源緩沖管理

資源緩沖管理應當貫穿于整個項目的所有任務，主要有以下要點：

① 編制詳細的資源需求及使用計劃，結合預警設置，優化設計管理系統功能;

② 結合實際項目進度，對資源需求及使用計劃予以動態更新;

③ 總結資源緩沖管理經驗，形成適用于項目的資源緩沖管理辦法或程序文件，通過持續改進，確保資源緩沖管理在企業的項目進度管理中發揮作用;

④ 運用系統的信息手段，對于資源占用情況進行分析預測，改變傳統的一把抓的管理模式，提高管理水平。

4? ? ?模型技術路線分析

4.1? ?模型設置過程

① 根據項目活動信息，將同一級別活動中占用相同的資源認定為關鍵資源;

對并行的設計活動進行分組，如圖3所示。

③ 將資源占用情況考慮到工序順序中進行全排列，如圖4所示：組別1的全排列分別為{A1，A3，A2}和{A3，A1，A2};組別2的全排列分別為{B2，B3，B1}和{B3，B2，B1};

④ 邀請專家組完成50%概率下的工期估算;

⑤ 計算各活動最早開工時間和最晚開工時間：最早開工時間取活動工序順序的最早開工時間和在關鍵資源約束情況下的最早開工時間的最大值;

⑥ 求各序列的關鍵鏈。由最晚開工時間集合LST與最早開工時間EST的差值，得到序列S，按照活動的邏輯先后順序排列后，為該序列下的項目關鍵鏈;

⑦ 根據項目的匯入緩沖設置方法，計算各序列緩沖區大小及計劃工期;

⑧ 篩選最合理的關鍵鏈為最終項目關鍵鏈。文獻[4]提出了關鍵鏈的選取要求，若各關鍵鏈都能滿足選取要求，則取工期最短的關鍵鏈為最終的項目關鍵鏈。

4.2? ?實例分析

根據某船上建部分區域生產設計項目模擬情況，估計出若干部分工序：船體結構初步模型A、鐵舾模型B、管系風管模型C、管系風管制作圖D、鐵舾制作圖E、管系安裝圖F、鐵舾安裝圖G、重量重心統計H、PDM數據管理T。所需3類資源的需求數量，如表1所列：

（1）根據設計活動信息繪制初始網絡圖

根據上述設計活動信息，繪制初始網絡圖。初始網絡圖考慮了各設計活動之間的關系，暫不考慮活動之間的資源約束情況，如圖5所示。

從初始網絡圖中，計算出關鍵路徑CPM為：C-D-F-H。此時項目總工期為47。

（2）平衡資源沖突的各項目關鍵鏈計算

① 設計活動分組，1至4組分別為：{A，B，C}、{D，E}、{F，G}、{H};

② 按照設計活動分級和關鍵資源占用情況，對所有活動進行全排列，并計算出各活動的最早開工時間和最晚開工時間;

③ 對各序列的EST和LST求差值，差值為0的活動的組合，即為各序列的關鍵鏈，如表2所示：

（3）設置項目緩沖PB

運用項目緩沖的設置方法，分別計算出L1、L2、L3、L4的項目緩沖期為：4.8、5.4、6.4、6.4。因此，四條關鍵鏈加入項目緩沖后，得到的項目總工期分別為：34.8、37.4、35.4、35.4。使用L3或L4得到的項目總工期最短，比原項目進度計劃縮短11.7，故將L4確定為項目的最終關鍵鏈。

（4）設置項目匯入點位置

參照最晚開始時間，以甘特圖為主要工具計算匯入點的位置。如關鍵鏈L1：非關鍵鏈工序中活動F的最晚完工時間與關鍵鏈工序中活動H的最晚開工時間相等，因此非關鍵鏈活動F的完成時間對關鍵鏈活動H的開始有影響，設置關鍵鏈L1的匯入點為H1={F}。

根據匯入點的設置，對原網絡圖進行整理，得到考慮各活動順序和資源約束的網絡圖，如圖6所示;另外，其他三條關鍵鏈的匯入點，分別是：H2={F}、H3={G}、H4={G}。

（5）設置匯入緩沖FB

將L4確定為項目的最終關鍵鏈后，項目中還有3條非關鍵鏈（見圖7）。分別給出風險變更因子δ值為0.4、0.3、0.2，得到FB1、FB2、FB3分別為2.4、3.5、1.2。最終得到包含了項目緩沖和匯入緩沖的關鍵鏈，如圖7所示。

5? ? ? 結語

在運用了基于CCM的船舶設計項目管理優化模型后，整個上建生產設計項目進度計劃都得到了改善，主要表現在：總工期比原計劃縮短11.7;活動開始時間更為明確;緩沖區的合理設置，能夠較好的應對不定因素產生的項目更改而造成的設計拖期問題;50%概率的樂觀的工期預估，能夠有效的應對人的心理和行為因素;資源約束的考慮，減少了項目延期風險;改進后的工期確定方法按照數學模型生成，尋找到使項目總工期最短的最優組合，其方法更為合理科學;優化后的項目安全工期結合了各個活動的工序關系和資源約束，以設置緩沖的方式將原項目超期的風險進行了分擔，能夠滿足實際的項目進度管理需求;改進后的管理方式與工期計劃緊密結合，管理重點穿插在項目各活動的實施進程中，通過PB、FB和RB的設置，對項目超期嚴加防范，保證建造計劃的順利完成。

參考文獻

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